EP0517936B1 - Leistungskondensator mit reduzierter Eigeninduktivität - Google Patents

Leistungskondensator mit reduzierter Eigeninduktivität Download PDF

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EP0517936B1
EP0517936B1 EP19910109504 EP91109504A EP0517936B1 EP 0517936 B1 EP0517936 B1 EP 0517936B1 EP 19910109504 EP19910109504 EP 19910109504 EP 91109504 A EP91109504 A EP 91109504A EP 0517936 B1 EP0517936 B1 EP 0517936B1
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capacitor
power capacitor
electrodes
striplines
capacitor according
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Siemens AG
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Siemens AG
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G4/00—Fixed capacitors; Processes of their manufacture
    • H01G4/002—Details
    • H01G4/228—Terminals
    • H01G4/248—Terminals the terminals embracing or surrounding the capacitive element, e.g. caps
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G4/00—Fixed capacitors; Processes of their manufacture
    • H01G4/38—Multiple capacitors, i.e. structural combinations of fixed capacitors

Definitions

  • the invention relates to a power capacitor with reduced self-inductance, which in particular consists of at least two capacitor windings made of dielectric foils and electrodes, in which the electrodes are led out to different winding end faces and contacted with Schoop layers arranged on the end faces, in which the capacitor windings have metal foils arranged on their outer winding outer surface , which serve as a coaxial return conductor of a winding connection, the capacitor having internal connection elements which are connected to external connections and are built into a metallic housing.
  • an electrical winding capacitor with reduced self-inductance which consists of a capacitor winding and has the structure described at the beginning.
  • the known wound capacitor has inner connection elements which are arranged radially symmetrically and essentially covering one another, symmetrically to one another and electrically insulated from one another, and which are connected to the capacitor electrodes.
  • Capacitor structures are also known which consist of several round windings connected in parallel.
  • the capacitor windings 2 consist of dielectric foils and electrodes 4, 5, the electrodes 4, 5 being guided to different end faces of the winding and being contacted there with Schoop layers 6, 7.
  • a metal foil 8 is arranged on the outer winding surface, which serves as a coaxial return conductor of the one winding connection, which is formed, for example, by the Schoop layer 6 contacted with the electrodes 4.
  • a particularly thin (for example 0.5 mm and smaller) tape line 9 is fastened to the metal foil 8 and is used for connection to the outer connection 11.
  • the second outer terminal 10 is connected to the other winding termination, which is formed by the Schoop layer 7 and the electrodes 5.
  • the contact to the outer connections 10, 11 layer thereby with the help of the radially symmetrical connecting elements described in the aforementioned German published application, which are formed by the two mutually electrically insulated superimposed connecting elements 12, 13.
  • the ribbon lines which serve as the return line of the other capacitor windings, are also fastened in such a way that, overall, there is a symmetrical arrangement of all the ribbon lines in the capacitor 1.
  • the ribbon cables 9 are thus not only arranged symmetrically on a metal foil 8 but also symmetrically to one another.
  • the capacitor 1 is installed in a metallic housing 14 which has an inwardly curved base 15.
  • An insulated clamping band 16 is fastened to the capacitor bottom 15 and is guided on the other side with the disk 13 of the radially symmetrical connection elements 12, 13. This creates an overpressure tear-off protection which interrupts the current path according to the prior art in individual cases via a specific weak point in the radially symmetrical connecting elements 12, 13 designed as a fuse.
  • the electrodes 4, 5 of the capacitor preferably consist of regenerable metal layers, it being advantageous to place the electrodes on both sides on a carrier material, e.g. B. paper to arrange and electrically connect so that the electrode carrier is in the field-free space.
  • a carrier material e.g. B. paper
  • the known materials such as, for. B. polypropylene, polycarbonate, polyethylene terephthalate, etc.
  • plastic materials that are metallized on one side and, if necessary, structures that are not self-healing (film-film structure or thick-film metallization) are also possible.
  • a single winding 6 is shown in an enlarged detail in FIG.
  • the metal foil 8 is insulated on its outside with a further foil 18.
  • the ribbon line 9 arranged on the metal foil 8 is led out upwards.
  • the upper layer 7 is covered with insulation 17.
  • FIG. 3 shows two capacitor windings 6 connected in series, the series connection being axis-centered by soldering 20 and the concentric return line being effected via the metal foil 8 and the ribbon line 9.
  • the winding elements produced in this way are then connected in parallel as described in FIG. 1.
  • the returning, symmetrically arranged ribbon cables 9 open into a further ribbon cable in the form of a mutually insulated metal disk (radially symmetrical connection elements 12, 13 in FIG. 1), as is known from DE 34 36 425 A1.

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Description

  • Die Erfindung betrifft einen Leistungskondensator mit reduzierter Eigeninduktivität, der insbesondere aus mindestens zwei Kondensatorwickeln aus Dielektrikumsfolien und Elektroden besteht, bei dem die Elektroden zu unterschiedlichen Wickelstirnseiten herausgeführt und mit auf den Stirnseiten angeordneten Schoopschichten kontaktiert sind, bei dem die Kondensatorwickel auf ihrer äußeren Wickelmantelfläche angeordnete Metallfolien besitzen, die als koaxialer Rückleiter des einen Wickelanschlusses dienen, wobei der Kondensator innere Anschlußelemente besitzt, die mit äußeren Anschlüssen verbunden sind und in ein metallisches Gehäuse eingebaut ist.
  • Aus der DE 34 36 425 A1 ist ein elektrischer Wickelkondensator mit verringerter Eigeninduktivität bekannt, der aus einem Kondensatorwickel besteht und den eingangs geschilderten Aufbau aufweist. Der bekannte Wickelkondensator weist innere Anschlußelemente auf, die radial symmetrisch und im wesentlichen deckend übereinander, symmetrisch zueinander und gegeneinander elektrisch isoliert angeordnet sind, und die mit den Kondensatorelektroden verbunden sind.
  • Es sind bereits auch Kondensatoraufbauten bekannt, die aus mehreren parallel geschalteten Rundwickeln bestehen.
  • Bei z. B. fünf parallel geschalteten Rundwickeln erreicht man mit einer Anschlußkonfiguration nach der genannten deutschen Offenlegungsschrift bei einer Wickelbreite von 130 mm eine Eigeninduktivität des Kondensators von ca. 300 - 400 nH.
  • Es gibt nun Anwendungsfälle, wo die genannte Eigeninduktivität des Kondensators erheblich zu groß ist.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen Kondensator der eingangs genannten Art anzugeben, der insbesondere bei parallel geschalteten Kondensatorwickeln gegenüber herkömmlichen Kondensatoren eine erheblich reduzierte Eigeninduktivität besitzt.
  • Diese Aufgabe wird durch einen Kondensator gelöst, der die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale aufweist.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen eines Leistungskondensators nach der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.
  • Der Gegenstand der Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.
    • In der dazugehörenden Zeichnung zeigen
    • Figur 1 ein Schnittbild eines Kondensators nach der Erfindung,
    • Figur 2 ein Teilschnittbild eines Einzelwickels und
    • Figur 3 ein Teilschnittbild mit zwei Kondensatorwickeln.
  • In der Figur 1 ist ein Leistungskondensator dargestellt, der aus vier parallel geschalteten Einzelwickeln 2 besteht. Die Kondensatorwickel 2 bestehen aus Dielektrikumsfolien und Elektroden 4, 5, wobei die Elektroden 4, 5 zu unterschiedlichen Wickelstirnseiten geführt und dort mit Schoopschichten 6, 7 kontaktiert sind. Auf der äußeren Wickelmantelfläche ist eine Metallfolie 8 angeordnet, die als koaxialer Rückleiter des einen Wickelanschlusses dient, der beispielsweise durch die mit den Elektroden 4 kontaktierte Schoopschicht 6 gebildet wird.
  • An der Metallfolie 8 ist eine besonders dünn (z.B. 0,5 mm und kleiner) ausgebildete Bandleitung 9 befestigt, die zur Verbindung mit dem äußeren Anschluß 11 dient. Der zweite äußere Anschluß 10 ist mit dem anderen Wickelabschluß, der durch die Schoopschicht 7 und die Elektroden 5 gebildet wird, verbunden. Die Ankontaktierung an die äußeren Anschlüsse 10, 11 geschicht dabei mit Hilfe der in der eingangs genannten deutschen Offenlegungsschrift geschilderten radial symmetrischen Anschlußelemente, die durch die beiden gegeneinander elektrisch isolierten übereinanderliegenden Anschlußelemente 12, 13 gebildet werden.
  • Die Anzahl der Bandleitungen 9 ist vorteilhafterweise größer als 1, und sie werden am Umfang der als koaxiale Rückleitung dienenden Metallfolie 8 symmetrisch angeordnet, d. h., bei zwei Bandleitungen 9 um 180° versetzt.
  • Die Bandleitungen, die als Rückleitung der anderen Kondensatorwickel dienen, werden ebenfalls so befestigt, daß sich insgesamt gesehen eine symmetrische Anordnung sämtlicher Bandleitungen im Kondensator 1 ergibt. Die Bandleitungen 9 sind somit nicht nur symmetrisch an einer Metallfolie 8 sondern auch symmetrisch zueinander angeordnet.
  • Der Kondensator 1 ist in ein metallisches Gehäuse 14 eingebaut, das einen nach innen gewölbten Boden 15 aufweist. Am Kondensatorboden 15 ist ein isoliertes Spannband 16 befestigt, das auf der anderen Seite mit der Scheibe 13 der radial symmetrischen Anschlußelemente 12, 13 geführt ist. Hierdurch wird eine Überdruckabreißsicherung geschaffen, die über eine gezielte Schwachstelle in der als Sicherung ausgebildeten radial symmetrischen Anschlußelemente 12, 13 den Strompfad nach dem Stand der Technik im Einzelfall unterbricht.
  • Die Elektroden 4, 5 des Kondensators bestehen vorzugsweise aus regenerierfähigen Metallschichten, wobei es vorteilhaft ist, die Elektroden beidseitig auf einem Trägermaterial, z. B. Papier, anzuordnen und elektrisch miteinander zu verbinden, sodaß sich der Elektrodenträger im feldfreien Raum befindet.
  • Als Dielektrikum eignen sich die bekannten Materialien wie z. B. Polypropylen, Polycarbonat, Polyethylenterefthalat usw.
  • Alternativ sind auch einseitig metallisierte Kunststoffmaterialien, und gegebenenfalls auch Aufbauten in nicht selbstheilender Ausführung (Film-Folienaufbau oder Dickschicht-Metallisierung) möglich.
  • Versuche mit dem in der Figur 1 dargestellten Aufbau haben ergeben, daß bereits mit zwei symmetrisch angeordneten Bandleitungen 9 je Kondensatorwickel 2 in Verbindung mit einer radial symmetrischen Anschlußelemente 12, 13 Induktivitätswerte im Bereich von 30 bis 50 nH erreicht werden, so daß eine deutlich verminderte Eigeninduktivität des Kondensators gewährleistet ist.
  • In der Figur 2 ist in einem vergrößerten Ausschnitt ein Einzelwickel 6 dargestellt. Auf der äußeren Hohlwand des Kondensatorwickels 6 befindet sich eine Isolierfolie 19 auf der die Metallfolie 8 angeordnet ist. Die Metallfolie 8 ist auf ihrer Außenseite mit einer weiteren Folie 18 isoliert. Die an der Metallfolie 8 angeordnete Bandleitung 9 ist nach oben herausgeführt. Die obere Schoopschicht 7 ist mit einer Isolierung 17 abgedeckt.
  • In der Figur 3 sind zwei in Serie geschaltete Kondensatorwickel 6 dargestellt, wobei die Serienschaltung achsenzentriert durch eine Verlötung 20 erzeugt und die konzentrische Rückleitung über die Metallfolie 8 und die Bandleitung 9 erfolgt. Die derart hergestellten Wickelelemente werden dann wie in der Figur 1 beschrieben parallel verschaltet. Die rückleitenden, symmetrisch angeordneten Bandleitungen 9 münden in eine weitere Bandleitung in Form einer gegeneinander isolierten Metallscheibe (radial symmetrische Anschlußelemente 12, 13 in Figur 1) wie sie aus der DE 34 36 425 A1 bekannt ist.
  • Durch die ebenfalls symmetrische Anbindung der streifenförmigen Bandleitungen 9 an die radial symmetrische Anschlußelemente 12, 13 wird ein besonders niederinduktiver Aufbau bis zu den Anschlußbolzen 10, 11 des Kondensators 1 erreicht.
  • Durch die beschriebene niederinduktive Verschaltung bei der die Bandleitungen im Bereich der Außenhülle angeordnet sind, kann der sonst von Kabelbäumen beanspruchte Konstruktionsraum freigehalten werden, sodaß Kernrohre 21 mit sehr kleinem Durchmesser eingesetzt werden können.

Claims (7)

  1. Leistungskondensator (1) mit reduzierter Eigeninduktivität, der aus mindestens zwei Kondensatorwickeln (2) aus Dielektrikumsfolien und Elektroden (4, 5) besteht, bei dem die Elektroden (4, 5) zu unterschiedlichen Wickelstirnseiten herausgeführt und mit auf den Stirnseiten angeordneten Schoopschichten (6, 7) kontaktiert sind, bei dem die Kondensatorwickel (2) auf ihrer äußeren Wickelmantelfläche angeordnete Metallfolien (8) besitzen, die als koaxialer Rückleiter des einen Wickelanschlusses dienen, wobei der Kondensator (1) innere Anschlußelemente besitzt, die mit äußeren Anschlüssen (10, 11) verbunden sind und der in ein metallisches Gehäuse (14) eingebaut ist,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß an den Metallfolien (8) symmetrisch angeordnete Bandleitungen (9) befestigt sind, die zur Verbindung mit einem der äußeren Anschlüsse (11) dienen und daß die Bandleitungen (9) derart an den Metallfolien (8) befestigt sind, daß sich eine symmetrische Anordnung sämtlicher Bandleitungen (9) im Kondensator (1) ergibt.
  2. Leistunskondensator nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß an einer Stirnseite zwei gegeneinander isolierte Metallscheiben (12, 13) angeordnet sind, die mit den Bandleitungen (9) und den äußeren Anschlüssen (10, 11) verbunden sind.
  3. Leistungskondensator nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß er eine Überdruckabreißsicherung besitzt.
  4. Leistungskondensator nach einem der Ansprüche 1 bis 3 ,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Elektroden (4, 5) aus regenerierfähigen Metallschichten bestehen.
  5. Leistungskondensator nach Anspruch 4,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Elektroden (4, 5) beidseitig auf jeweils einem Trägermaterial angeordnet und dort elektrisch miteinander verbunden sind.
  6. Leistungskondensator nach Anspruch 5,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß das Trägermaterial aus Papier besteht.
  7. Leistungskondensator nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Dielektrikumsfolien aus Polypropylen, Polycarbonat oder Polyethylenterephthalat bestehen.
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